Как мы искали «Луну-9»

60 лет назад, 3 февраля 1966 года, советский космический аппарат «Луна-9» совершил первую в истории человечества мягкую посадку на Луну. И только сейчас мы можем точно узнать, где именно он находится.

Сразу после посадки «Луны-9» в советской прессе были опубликованы координаты места, где она высадилась, и сейчас их можно найти в Википедии и других источниках. Но тогда в прессе не уточняли, что это лишь центр области, в которой действительно произошла посадка, а точное местоположение аппарата тогда было невозможно установить, так же как и рассмотреть его в телескопы с Земли или со спутников.

Прямой поиск на Луне космических аппаратов разных стран стал возможен только после запуска американского лунного спутника NASA LRO в 2009 году. Его камера высокого разрешения NAC LROC отсняла почти всю поверхность Луны с разрешением 0,5-1 метра на пиксель, а местами и до 0,35 метра на пиксель. С ее помощью были осмотрены следы американских астронавтов и найдены советские «Луноходы», обнаружены американские зонды Surveyor и советские станции серии «Луна», начиная с «Луны-16». Также LRO снял современные места посадки или крушения израильского, российского, китайских, индийских и японских аппаратов.

Из всех посадочных аппаратов «Луна-9» оказалась самой малой. Даже ее «сестра-близнец» «Луна-13» уже имеет выносные штанги с приборами, а значит, и больший размер. Габариты спускаемого аппарата «Луны-9» в развернутом положении после посадки: 1,6×1,6 метра и высота 0,6 метра, если не считать ленточные антенны. Это значит, что при разрешении снимков со спутника 0,5 метра аппарат будет занимать всего 3×3 пикселя, а если разрешение снимка будет 1 метр, то вообще один пиксель.

Малый размер «Луны-9», а также неточности в определении координат ее реального расположения стали причиной безуспешности предыдущих поисков даже по снимкам LRO. Хотя искали ее и энтузиасты, и даже ученые NASA. Да и я пытался еще в 2018 году, но безуспешно.

Британские и японские ученые пытались использовать нейросети для поиска места посадки, но для анализа был взят слишком малый участок местности (радиусом 5 километров от официальных координат), и найденный результат не совпадает с панорамными снимками от самой «Луны-9» — их, кстати, также можно использовать для поиска аппарата.

Три панорамы можно найти в интернете, например здесь или здесь. Это официально опубликованные снимки с «Луны-9», которые уже привязаны к градусной шкале, то есть ориентированы по сторонам света. Была еще четвертая, но ее успели снять лишь частично, и аппарат отключился из-за разряда батареи.

Фототелевизионное устройство (панорамная камера) располагалось в верхней части шарообразного аппарата и сканировало местность подобно перископу. Таким образом создавались круговые панорамы шириной до 360 градусов и высотой 28 градусов. Аппарат немного накренился в восточном направлении, и от панорамы к панораме крен увеличивался. Три панорамы сняты лунным утром, когда солнце находилось на востоке на высоте 7, 14 и 27 градусов над горизонтом соответственно. Из-за крена аппарата пейзаж изогнут дугой.

Панорамы могли бы помочь в определении точного местоположения аппарата, если бы на снимках были видны какие-либо выделяющиеся ориентиры. Однако, судя по всему, посадка совершена на равнине, и панорама содержит лишь одну отчетливо видимую возвышенность на горизонте на юго-западе.

Кроме этого, есть реконструкция области посадки на основе панорам, которая была сделана еще советскими учеными, а позже преобразована Андреем Лариным в 3D-модель. Эта работа была сделала для книги Павла Шубина об исследованиях Луны. 

Наиболее усердно к поискам «Луны-9» подошел канадский ученый и энтузиаст Фил Стук (Phil Stooke). Он наметил радиус поиска в 50 километров вокруг озвученных в советские годы координат, и он же первым обратил внимание на юго-западный холм с панорамы.

По мнению Фила Стука, «Луну-9» следовало искать на северо-востоке и почти в пятидесяти километрах от центра области поиска (на схеме обозначено литерой D). Позже он сместил примерно на 20 километров предполагаемую область поиска ближе к центру круга.

У меня были сомнения, что данная возвышенность действительно холм, видимый с расстояния десятков километров от аппарата. Мне казалось, что это относительно близко расположенный вал молодого кратера. Так, в книге академика Марова упомянуто, что посадка произошла у кратера диаметром 25 метров. Кроме этого, меня смущала заостренная вершина этого холма. Если посмотреть другие снимки лунных гор — хоть советские, хоть американские, — то видно, что все лунные горные вершины «зализаны». Это последствия микрометеоритной эрозии, о которой на ранних этапах изучения Луны не догадывались. Поэтому, кстати, у Кубрика в «Космической Одиссее 2001» вершины гор острые.

А вот молодой кратер, не испытавший на себе миллионы лет «пескоструйной» обработки из космоса, вполне мог иметь такой резкий край. Тем более и правее виднеется возвышенность, которая могла быть другим краем кратера.

В ходе поисков даже нашлось похожее место. 

Примерно так себе я и представлял кратер, который мог показаться холмом на панораме «Луны-9». Вокруг этого места тоже разбросано много камней, но ни один из них не подходил на роль спускаемого аппарата. Зато примерно в двух километрах нашлось место, которое похоже на место падения перелетной ступени:

Тут и темное пятно удара есть. И ярко-белый пиксель, каким могла выглядеть металлическая перелетная ступень, и даже два пятна по сторонам могли остаться от сброшенных боковых блоков. Но некоторые сходства не складывались в полную картину, и постоянно возникали те или иные противоречия.

На Луне много 25-метровых кратеров, поэтому необходимо осмотреть всю предполагаемую область посадки радиусом 50 километров и площадью почти 8 тысяч квадратных километров — это примерно в восемь раз больше, чем площадь, охваченная МКАДом, или почти треть Тульской области. 

Я решил, что мне поможет усидчивость и прежний опыт успешных поисков «Марса-3» и безуспешных — «Марса-6». 

Найти один черно-белый пиксель среди восьми миллиардов остальных черно-белых пикселей звучит как что-то невозможное. В качестве основной цели поиска был выбран не сам аппарат, а более заметные следы посадки: место удара перелетной ступени «Луны-9» о поверхность и сама ступень.

Технология посадки «Луны-9» предполагала падение на Луну двух крупных элементов. Спускаемый аппарат в надувных амортизаторах — «подушках безопасности» — отделялся от перелетной ступени, которая обеспечивала наведение аппарата на Луну и торможение перед посадкой.

Столкновение двухметровой перелетной ступени с поверхностью проходило на скорости около 10-15 километров в час, но должно было оставить какие-то более заметные следы. Похожие отметины на Луне оставляли неудачные посадки аппаратов вроде Beresheet или Hakuto-R, хотя они и падали с большей скоростью.

Малая скорость падения перелетной ступени «Луны-9» в теории должна была сохранить саму ступень или ее основную часть. То есть к темному пятну на Луне, которое остается и от падения микрометеоритов, должно было прилагаться и что-то возвышающееся над местом удара или рядом — чего микрометеориты не оставляют.

Поиски велись на сайте QuickMap LROC, куда загружен весь архив снимков LROC, и транслировались на моем YouTube-канале, чтобы все желающие могли приобщиться к практической космической археологии. Кроме того, мне показалось, что если «Луну-9» получится найти, то будет достаточно хайповая новость «Ютубер прямо на стриме нашел космический аппарат на Луне». 

Таким образом, в несколько подходов в течение полугода была осмотрена значительная часть предполагаемого радиуса поиска, в основном равнинной местности.

Во время одного из стримов с поисками «Луны-9» пользователь YouTube с ником Pillow Cat вступил со мной в полемику. Он снова озвучил идею, что холм на юго-западе — это высокая гора, на что я парировал своим предположением о молодом кратере. Вместо спора Pillow Cat отправился в свой собственный поиск. Подобно Филу Стуку, он опирался на панораму «Луны-9», но при этом использовал функцию сайта QuickMap LROC под названием Lunar Globe 3D, а также Blender, Photoshop и лекции Владимира Сурдина для вдохновения.

Трехмерная модель поверхности Луны с разрешением 10 метров доступна тоже благодаря спутнику LRO — только уже его лазерному высотомеру LOLA. 

После нескольких часов поисков Pillow Cat определил место, откуда, по его мнению, гора на юго-западе выглядит как на панорамах «Луны-9», а значит, там и должен находиться и сам аппарат.

Я проверил эту область и обнаружил, что чуть южнее располагается самый убедительный кандидат на роль места падения перелётной ступени «Луны-9».

К сожалению, в этой области самые лучшие снимки LRO имеют разрешение 0,89 метра, а это значит, что нет возможности рассмотреть следы более детально. При таком разрешении полутораметровый аппарат будет иметь размер 2×2 пикселя. Внешние признаки сходились: темное пятно от удара ступени и что-то выступающее над поверхностью и отбрасывающее тень. 

В процессе поисков мне иногда встречались публикации ученых Московского университета геодезии и картографии (МИИГАиК) по близким темам, а одна непосредственно касалась интересующей меня — статья «Новая цифровая обработка архивных лунных панорам…». Я обратился непосредственно к автору — Наталье Козловой, и она любезно прислала свежие сканы панорам с «Луны-9» и «Луны-13».

И тут наступил настоящий прорыв в поисках!

Во-первых, выяснилось, что на официальных панорамах область темного неба ретушировалась для красоты, чтобы убрать лишний «цифровой шум» и помехи.

Во-вторых, у дальнего юго-западного холма оказалась закругленная вершина, как и должна быть у холма! Острый пик, похоже, был просто дорисован ретушером.

Некоторую помощь оказала и книга Павла Шубина «Луна-9. Объект Е-6. Сборник материалов». 

Благодаря ей удалось, наконец, узнать, откуда взялся радиус поиска именно в 50 километров. Оказывается, это была точность определения источника радиосигнала с помощью антенны АДУ-1000 у поселка Заозёрное неподалеку от Евпатории в Крыму.

То есть антенну наводили на сигнал радиомаяка с аппарата и по интенсивности сигнала определяли местоположение. Точность определения координат ограничивалась точностью наведения антенны. А опубликованные координаты места посадки оказались вообще расчетным значением, которое определили еще до посадки.

Еще один любопытный факт из книги — скорость отделения боковых блоков от перелетной ступени «Луны-9» составляла около 1,8-2 метра в секунду. Исходя из высоты отделения над Луной в 75 километров, скорости падения 2,6 километра в секунду, можно определить, что они должны упасть на лунную поверхность примерно в 120 метрах друг от друга. И у предполагаемого места падения перелетной ступени можно рассмотреть две отметины, похожие на следы падения микрометеоритов, но также их могли оставить и падающие на высокой скорости боковые блоки. Расстояние между ними — 116 метров.

Это стало дополнительным аргументом в пользу верной находки, но его не хватало, чтобы перейти к поискам самой «Луны-9» непосредственно вокруг этого места. 

Я снова вернулся к поиску в радиусе 50 километров, но область поиска значительно сузилась благодаря вершине холма. 

Нужно было еще что-то для большей точности. И на свежих сканах панорам нашлась еще одна особенность, которая была практически невидима на «официальных» версиях снимков с «Луны-9»: полоса яркого грунта на горизонте.

На роль такого «белого пятна» тут же напрашивается самый большой и молодой кратер в округе.

Казалось, дело за малым — только провести две линии по соответствующим азимутам, чтобы на их пересечении найти «Луну-9».

Совсем рядом с местом пересечения азимутов оказалось и место предполагаемого падения перелетной ступени (отмечено точкой), найденное с помощью Pillow Cat.

Правда, в месте пересечения линий не нашлось ничего похожего на «Луну-9». Продвигаясь от точки пересечения азимутов в сторону большого кратера, я наткнулся на группу камней, которые, как показалось, могли быть теми самыми, что и на панораме «Луны-9».

Но камней на Луне разбросано много, и это явно не самый убедительный признак. Тогда родилась идея поискать еще какие-то соответствия между горизонтом на панораме и горизонтом из данной точки.

И они нашлись: две вершины, видимые вдалеке к западу от аппарата, есть и на панораме, и на 3D-модели.

Получается еще один аргумент в пользу данного места.

Может, есть что-то еще?

Да, на юге мы тоже находим совпадение с плоской отдаленной возвышенностью.

Но снова азимут от нее показывает нам лишь примерную область поиска.

Получается, отдаленные ориентиры выводят нас на небольшую область, где видно скопление камней. А чтобы идентифицировать спускаемый аппарат среди них, потребуется найти полное соответствие близким видимым камням на панораме.

Можно попробовать повторить тот же прием, что позволил обнаружить это место, — геодезическую засечку. То есть определить на панораме какие-нибудь приметные точки, но не на горизонте, а ближе, и по ним уже вычислить место расположения аппарата.

Тогда я решил попробовать метод «из центра наружу», и, опираясь на панораму, составил таблицу азимутов на крупные камни с относительными расстояниями до них согласно панораме. 

На ее основании составил «звездочку», а потом на спутниковом снимке стал просто пристраивать ко всем окрестным объектам размером с «Луну-9».

Поиск остановился на одной точке, откуда можно найти соответствие примерно с 95 процентами окружающих камней. Оставшееся несовпадение можно списать на недостаточное разрешение спутникового снимка или на неучтенные складки местности. Конечно, в любой достаточно крупной куче камней всегда найдутся подходящие, и это тоже не гарантия успеха. Зато найденное место оказалось сходно с советской реконструкцией места посадки «Луны-9». 

Хотя есть небольшая разница в масштабе. (Трехмерная реконструкция по советской схеме Андрея Ларина).

Получается, вот он. Тот самый пиксель, один из восьми миллиардов. Последняя мечта Сергея Королёва, до исполнения которой он не дожил всего две недели:

Координаты точки на карте QuickMap LROC: 7.86159 N, 296.14438 W. Примерно в 25 километрах от расчетного места посадки. Место падения перелетной ступени (предполагаемое): 7.85012 N, 296.16621 W — примерно в 750 метрах восточнее.

Насколько убедительной можно считать эту находку?

С одной стороны, все косвенные признаки говорят в пользу найденной точки: 

• видимые дальние объекты (холмы и большой молодой кратер) на горизонте;
• окрестный рельеф; 
• окружающие камни; 
• реконструкция места посадки. 

С другой стороны — снимки LRO не позволяют рассмотреть место в деталях, а косвенные признаки на то и косвенные, что не дают 100 процентов уверенности. Даже если место посадки найдено верно, нельзя гарантировать, что найденный пиксель — это «Луна-9».

Единственный способ подтвердить наверняка — это прямое наблюдение с достаточной разрешающей способностью.

В настоящее время съемка предполагаемого места посадки «Луны-9» запланирована индийским спутником Chandrayaan-2. Разрешение его снимков достигает 0,25 метра, что в теории позволит рассмотреть форму аппарата, его центральный корпус в виде пикселя и четыре лепестка-антенны — в виде отдельных пикселей. Если повезет с освещением, рельефом, контрастом и высотой орбиты спутника, то, может быть, увидим и тень от ленточных антенн. 

Первоначально индийские ученые планировали, что Chandrayaan-2 снимет только область по официальным координатам, но я передал команде аппарата и координаты найденных объектов. Остается лишь надеяться, что моя аргументация сработала, и они сделают дополнительный кадр, чтобы подтвердить или опровергнуть результаты этой работы.

Ждем!